CuO/H2O纳米流体的池沸腾传热及预测

通过络合-沉淀法合成氧化铜纳米颗粒,制备铜颗粒的直径在40～100 nm,晶型为正六面体。利用“两步法”制备水基氧化铜纳米流体。考察了不同质量分数纳米流体的热导率、接触角变化和加热表面颗粒沉积对核沸腾传热性能的影响,并利用可视化记录沸腾过程气泡行为。结果表明：在测试质量分数范围内,传热系数随热通量增加而增大,当质量分数达到0.1%时,强化率最大为146.1%。经过分析可知纳米流体的接触角度、热导率、颗粒沉积以及颗粒扰动对水基氧化铜纳米流体强化传热作用均有影响。通过高速摄像采集质量分数0.07%纳米流体沸腾过程验证结论的可靠性。并对纳米流体核沸腾传热过程建立气泡动力学经验模型,模型计算结果与实测值相对偏差在±10%以内。     

CuO-Al2O3/H2O纳米流体池沸腾传热实验及分析

为探究纳米流体池内沸腾换热特性及其影响因素,利用两步法制备了体积分数为0.001%—0.1%的Al_2O_3/H_2O、CuO/H_2O纳米流体以及CuO-Al_2O_3/H_2O混合颗粒纳米流体,并进行池内沸腾换热实验。结果表明:测试的体积分数范围内,纳米流体沸腾换热系数随体积分数的增大而增大,起始沸腾过热度随体积分数的增大而降低,纳米流体的传热强化率随热流密度的增大而减小。实验中,混合纳米流体的传热性能始终优于去离子水和单一颗粒的纳米流体,Al_2O_3、CuO及两者的混合纳米流体沸腾传热系数增强率最高分别达到178.2%,213.2%和253.2%。纳米颗粒的加入对沸腾传热有强化和恶化两方面的作用,在实验的不同阶段,传热效果好坏是热导率、颗粒沉积等共同作用的结果。     

纳米流体沸腾传热研究进展

介绍了纳米流体沸腾传热的最新研究,从纳米流体特性和沸腾表面特性两个方面阐述纳米流体沸腾传热的作用机制,指明纳米颗粒和沸腾表面特性以及两者之间的交互关系是目前研究结果存在分歧的主要原因。对纳米颗粒在制冷系统中的应用基础研究进行了展望,并指明了纳米流体沸腾传热的研究方向。     

δ-Al2O3-R141b纳米流体的池内核态沸腾传热特性

对δ-Al₂O₃-R141b纳米流体在0.1 MPa系统压力下进行了池内沸腾传热性能测试。沸腾表面为2000^#砂纸打磨的光滑紫铜表面,沸腾热通量为30～130 kW·m^-2,纳米流体的体积浓度为0.1%、0.01%、0.001%。实验表明纳米流体强化了沸腾传热特性,且强化倍数随着纳米流体浓度的增加而增大。体积浓度为0.1%时,沸腾传热系数比基液增大了50.2%。分析认为表面颗粒沉积是强化换热的主要因素,而接触角的变化在此可以忽略。与Rohsenow关联式相比较,纯液体和较低浓度的纳米流体的实验数据与关联式吻合较好,相对误差最大不超过13%,高浓度时吻合较差关联式不再适用。     

CuO-水纳米流体多孔球层池沸腾传热特性

对CuO-水纳米流体在6mm多孔球层内进行池沸腾实验研究。实验使用了40nm的CuO纳米颗粒,加以不同浓度的十二烷基苯磺酸钠（SDBS）作为表面活性剂,配成多种不同配比关系的纳米流体。实验结果表明,当表面活性剂浓度与纳米颗粒浓度在0.01%~0.03%（质量分数,下同）之间变化时,两者浓度相近的纳米流体稳定性较好,沸腾传热效果高。其中表面活性剂浓度略高于CuO浓度时,传热效果较好,在SDBS浓度为0.03%、CuO浓度为0.02%时达到最大,为41670W/(m²·K);而纳米颗粒浓度增大时,根据其对纳米流体的稳定性和沉降效应的影响,在不同程度上可增强或削弱沸腾传热。同时对纳米流体的池沸腾进行可视化研究,利用气泡脱离特性对实验结果作了诠释。所得结果可为纳米流体在多孔球层的池沸腾传热特性研究提供有益的研究数据。     

Al2O3纳米流体沸腾传热临界热流密度影响因素研究进展

随着电子设备热负荷的逐渐增加,纳米流体沸腾传热作为一种新型强化换热方式,受到越来越多的关注。本文主要综述了近年来关于纳米流体沸腾传热临界热流密度(CHF)的相关研究,并聚焦Al_2O_3纳米流体,归纳了各种因素对沸腾传热CHF的影响,分析了它们强化或弱化CHF的原因,得到了它们对CHF影响的一般规律。结果表明:纳米颗粒的添加可以有效提升CHF;随着纳米颗粒浓度的升高,CHF的变化存在增大、先增大后基本不变、先增大后降低等情形;微通道能够有效提升CHF,但通道尺寸较小时,CHF随尺寸的增大而增大;加热壁面越光滑CHF越低。此外,还概述了壁面倾斜角、壁面润湿性、工作压力以及外场(电场、磁场、重力场、超声波)等因素对CHF的影响。最后,指明了纳米流体沸腾传热CHF的发展方向并展望了其在机载环境下的应用前景。     

二氧化铈/水基纳米流体核沸腾传热特性

对CeO₂纳米流体进行了池沸腾传热特性研究,考察了CeO₂/水基纳米流体的热导率,静态接触角以及沸腾后表面沉积情况对沸腾传热的影响。结果表明,CeO₂纳米流体可提高沸腾传热系数,且纳米流体最佳质量分数为0.05%,其沸腾传热系数较去离子水提高36%。热导率以及接触角随纳米流体质量分数的增加而增加,在本实验范围内,热导率最大增加1%;而纳米流体接触角从50.5°增加到92.9°;表面沉积随纳米流体的质量分数增加越来越明显,去离子水在沉积表面的接触角发生较大变化(51.4°～134.4°)。纳米流体的热导率影响可忽略不计;而接触角和沸腾表面颗粒沉积对纳米流体的强化传热作用影响较大。     

改性TiO2及其纳米流体的核沸腾传热特性

采用全氟癸基三甲氧基硅烷对纳米TiO₂进行改性,有效改善了纳米粒子的团聚性能。利用两步法分别制备相同浓度范围的改性前/后TiO₂纳米流体,考察了2组纳米流体的热导率、静态接触角对核沸腾传热特性的影响。结果表明,在质量分数为0.05%时,未改性纳米流体沸腾传热系数较去离子水最大提高16.3%,改性纳米流体传热系数可提高28.57%,且改性纳米流体临界热通量较未改性纳米流体降低11.68%。热导率和接触角是影响不同润湿性纳米流体具有不同沸腾传热特性的主要因素,润湿性较差纳米流体易提前起沸和形成核化点,但随热通量的增加会造成气泡合并、恶化传热。     

纳米涂层加热面强化池沸腾传热研究进展

沸腾传热主要受汽泡行为的影响,而汽泡行为与加热面的表面性质密切相关。使用纳米粒子对加热面进行表面涂层改性,可以有效调节气泡行为,进而增强池沸腾传热性能。介绍了纳米涂层表面的理论模型及强化性能最新研究进展,根据涂层表面纳米粒子种类的不同,将其分为金属纳米粒子涂层表面、碳基纳米粒子涂层表面和复合表面。讨论了纳米涂层表面强化沸腾传热的理论分析以及存在的不足,为纳米涂层表面进一步强化池沸腾传热的研究提供参考。     

CuO/R141b纳米制冷剂在管内的流动沸腾传热特性

实验研究了CuO/R141b纳米制冷剂在水平管内的流动沸腾传热特性。为了验证实验的可靠性,将纯HCFC141b流动沸腾传热的实验结果与陈民公式进行了比较,计算值与实验值绝对平均误差为7. 4%,达到实验精度要求。实验工况：质量流率为100～350 kg·m^-2·s^-1,干度为0.3～0.8,实验段为长1400 mm、内径10 mm、壁厚1 mm的紫铜管。分别研究了不同纳米颗粒质量分数、不同干度、不同流量的传热系数。结果表明：质量流率在120 kg·m^-2·s^-1下,CuO纳米颗粒质量分数为0.1%、0.2%和0.3%时,传热系数分别平均提高了7%、10.4%、16.6%。添加纳米颗粒,强化了管内流动沸腾换热,并且其强化程度与流量、干度和颗粒浓度有关。     

纳米孔链双层复合表面过冷池沸腾传热特性

微纳复合多孔结构对相变换热的强化是能源化工领域的重要主题。基于气液协同输运的概念,通过飞秒激光正交扫描加工,在硅片上生成二维嵌套的纳米孔链双层复合多孔结构,实验研究了其对HFE-7100过冷池沸腾传热特性的影响。实验结果表明,相比于光滑表面,多孔表面在35K过冷池沸腾条件下的起始过热度从16.7K下降到12.3K,降低26.3%,最大临界热通量提高128.7%。同时利用高速摄影观察气泡行为来研究强化沸腾传热机理。研究发现,双层多孔结构表面和内部形成的大量连通孔穴大幅度增加了有效成核位点,纳米孔和双层连通结构提供垂直和水平方向的液体补充通道,在高热通量下气泡尺寸更小,脱离更快。有效汽化核心密度增加以及气液自适应协同输运增强了多孔网络中的微液膜蒸发和微对流作用,从而有效提升沸腾换热能力和临界热通量。     

纳米CuO/ZnO去除H_2S反应条件及机理研究

以纳米CuO/ZnO作为去除H2S的活性组分,考察了反应温度、空速、氧分压等反应条件和掺铜量对纳米CuO/ZnO脱硫性能的影响,并分析了CuO对脱硫剂脱硫机理的影响。结果表明:脱硫剂TZ2(Cu:Zn物质的量比为1:18.40)有较高的脱硫性能;空速越低脱硫性能越高;反应温度由25℃升高到120℃,脱硫性能先下降后升高,120℃的脱硫性能略高于25℃;氧分压为10%时,有最佳的脱硫性能;CuO的加入增大了脱硫产物向多硫化物及单质硫的转化。     

导热油基CuO纳米流体的合成及其强化传热研究

以硬脂酸铜为前躯体,甲苯为溶剂,采用溶剂热-表面修饰法,首次添加浓氨水为反应体系提供碱性环境,一步制备了硬脂酸修饰氧化铜(SA-CuO)纳米粒子,并通过分散SA-CuO纳米粒子合成了导热油基CuO纳米流体。对产物进行了表征,测定了纳米流体的高温导热系数。结果显示,CuO纳米粒子表面被硬脂酸修饰,SA-CuO纳米粒子在导热油中具有良好的分散稳定性;SA-CuO纳米粒子属于单斜晶系结构,形貌为不完全规则的球形纳米粒子,尺寸约为20~50nm。CuO纳米流体与基础油导热系数的比值随SA-CuO纳米粒子质量分数的提高而增大,在100~180℃,导热系数的提高率随温度的升高显著增大。SA-CuO纳米粒子对导热油的导热系数具有显著的强化作用,仅添加0.60wt%的SA-CuO纳米颗粒时,纳米流体的导热系数是导热油的3.19~4.83倍。这种强化传热特点对于提高传热效率、减少能源损耗具有极大的实际意义。     

粒径混合比对Al2O3/水纳米流体传热性能影响及评价

采用两步法制备体积分数为0.5%和1.0%的Al₂O₃/水纳米流体,研究20nm和50nm Al₂O₃纳米粒子的混合比对热导率和黏度的影响,并用c _μ/c _λ和Mo数来评价其综合传热效果,判断是否适用于实际传热过程。实验结果表明,有效热导率和相对黏度受团聚体尺寸影响较大。在体积分数为1.0%和混合比为50∶50时有效热导率的增幅最大,而混合比为（40∶60）～（60∶40）之间,相对黏度最低。这是因为此时团聚体的尺寸小,相应地沉淀速度慢,说明其分散性较好,形成局部粒子富集区,即“50nm固体粒子-20nm固体粒子-液体分子”的界面层,能产生高导热渗透通道及低热阻区,使热导率增大。在层流时,该纳米流体适用于实际传热过程中的范围为：体积分数0.5%和1.0%,混合比40∶60和50∶50,温度25～50℃。在紊流时,体积分数为0.5%和温度高于40℃时,混合比范围为(40∶60)～(60∶40)才适合使用此纳米流体。     

纳米粒子浓度对纳米流体流动沸腾传热及压降影响综合评价

探究纳米粒子浓度对纳米流体在微细通道内流动沸腾传热和压降特性的综合影响,运用超声波振动法制备质量分数为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%均匀、稳定的Al_2O_3/R141b纳米流体制冷剂,在直接激光烧结(DMLS)微型换热器内,设计系统压力为176k Pa,纳米流体制冷剂入口温度为40℃、热流密度24~42k W/m~2和质量流率183.13~457.83kg/(m~2·s)工况下,进行单因素实验及正交实验,运用方差齐性检验法及多指标综合评价法研究粒子浓度对纳米流体在微细通道内流动沸腾传热和压降特性的综合影响。研究得出:纳米粒子浓度对纳米流体沸腾传热有显著性影响,对总压降没有显著性影响;纳米流体流动沸腾总压降随浓度的增加而减少,传热性能随纳米颗粒浓度增加成非线性变化,质量分数为0.05%~0.1%之间,传热系数随颗粒浓度的增加而增加,当质量分数大于0.1%时,传热系数随颗粒浓度的增加而减少;综合考虑纳米颗粒浓度对传热及压降的影响,运用熵值法得出纳米颗粒对传热及压降影响的权重分别为0.285、0.715,基于多指标综合评价法得出纳米流体颗粒质量分数为0.2%时,纳米流体的传热系数最佳,总压降最小。     

三甘醇水溶液池沸腾传热

Boiling of water/triethyleneglycol (TEG) binary solution has a wide-ranging application in the gas processing engineering. Design, operation and optimization of the involved boilers require accurate prediction of boiling heat transfer coefficient between surface and solution. In this investigation, nucleate pool boiling heat transfer coef-ficient has been experimentally measured on a horizontal rod heater in water/TEG binary solutions in a wide range of concentrations and heat fluxes under ambient condition. The present experimental data are correlated using major existing correlations. In addition a correlation is presented for prediction of pool boiling heat transfer for the system in which the vapour pressure of one component is negligible. This model is based on the mass transfer rate equation for prediction of the concentration at the bubble vapor/liquid interface. Based on this prediction, the temperature of the interface and accordingly, the boiling heat transfer coefficient could be straightforwardly calculated from the known concentration at the interface. It is shown that this simple model has sufficient accuracy and is acceptable below the medium concentrations of TEG when the vapor equilibrium concentration of TEG is almost zero. The presented model excludes any tuning parameter and requires very few physical properties to apply.     

双组分互溶混合物的池沸腾传热

通过对沸腾时汽泡生长规律的分析,从两相界面传热传质类似律出发,推导出双组分互溶混合物的池沸腾传热式,由此预测的结果与已有的实验数据吻合较好.同时提出了探讨电解质水溶液的池沸腾传热式.     

超亲/疏水性表面池沸腾传热研究

为研究超亲/疏水性表面对沸腾传热的影响,用H₂O₂氧化的方式制备了超亲水表面,用氨水加高分子修饰的方式制备了超疏水表面。在常压下以蒸馏水为工质,采用高速摄影仪对其进行了池沸腾传热实验。结果表明,超疏水表面亲气疏水,在沸腾起始点易于产生气泡,且气泡不易脱离,此时壁面过热度ΔTs仅为2.4K,但随热流密度的增大,气泡易于聚合,所产生的大气泡阻碍了传热的进行,传热开始恶化,临界热流密度（CHF）较低;而H₂O₂氧化的表面由于刀片状微纳结构的存在,增加了表面的粗糙度,不仅增大了相变传热表面积、增加了核化点数量,而且具有超亲水特性,气泡脱离频率较大,大大强化了沸腾传热,最大换热系数约是光表面的1.7倍,且相应地提高了CHF,可达131.0W/cm²,表现出较好的传热特性。     

水基SiO2纳米流体沸腾换热特性

纳米流体作为新型换热介质可广泛应用于多个领域。现有研究结果表明导致纳米流体沸腾换热性能变化的因素主要在于纳米颗粒在换热表面的沉积、加热表面粗糙度、表面张力、内部能量传递、气泡形成条件等。对水基SiO₂纳米流体进行池沸腾实验研究,得到SiO₂/水纳米流体与纯基液-去离子水核态沸腾换热特性的区别,比较不同颗粒粒径对纳米流体换热特性影响。结果表明：对于低浓度纳米流体,添加纳米颗粒后流体的换热特性与纯基液在相同条件下进行核态沸腾时的换热特性有较大差异,不同粒径之间换热特性变化明显,随着粒径的增加呈非线性增长趋势,随着热通量增大纳米颗粒粒径对换热特性的影响趋势增大。     

水基SiO_2纳米流体沸腾换热特性

纳米流体作为新型换热介质可广泛应用于多个领域。现有研究结果表明导致纳米流体沸腾换热性能变化的因素主要在于纳米颗粒在换热表面的沉积、加热表面粗糙度、表面张力、内部能量传递、气泡形成条件等。对水基SiO_2纳米流体进行池沸腾实验研究,得到SiO_2/水纳米流体与纯基液-去离子水核态沸腾换热特性的区别,比较不同颗粒粒径对纳米流体换热特性影响。结果表明:对于低浓度纳米流体,添加纳米颗粒后流体的换热特性与纯基液在相同条件下进行核态沸腾时的换热特性有较大差异,不同粒径之间换热特性变化明显,随着粒径的增加呈非线性增长趋势,随着热通量增大纳米颗粒粒径对换热特性的影响趋势增大。